[发明专利]一种多孔赛隆复相陶瓷及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于赛隆复相陶瓷技术领域，具体涉及一种多孔赛隆复相陶瓷，本发明还涉及该陶瓷的制备方法。

背景技术

多孔赛隆（SiAlON）复相陶瓷具有热膨胀系数低、密度低、耐高温、耐腐蚀、抗氧化性和抗热震性好等特点，广泛用作隔热材料、过滤材料、化学催化剂载体以及保温隔音材料等。目前，常见的制备方法有如下几类：

（1）碳热还原氮化法（CRN）

碳热还原氮化法的原理是用C作为还原剂，在N₂气氛中加热到1400℃以上，具有高度还原性的C打开Si-O键，并形成C-O键，处于不饱和状态的Si与Al₂O₃等氧化物以及N原子结合达到饱和，从而形成SiAlON。这种方法的优势是可以使用成本低廉的原料、工艺简单，这使得其大规模推广成为可能。因此尽管由于成品中往往含有残碳、氮化铝、氧化铝等杂质大幅降低了材料的力学性能，但碳热还原氮化法仍然是目前制备多孔赛隆（SiAlON）陶瓷最有工业应用潜力的一种方法。

（2）金属（铝热/硅热）反应氮化法

铝热/硅热反应氮化法是另一种重要的制备方法，与碳热还原氮化法不同，其原理是用Al或者Si来做活性成分，加入氧化硅后，在高温下通入氮气，直接合成多孔赛隆制品的一种方法。

（3）高温固相反应法

高温固相反应法也叫直接合成法，直接以Si₃N₄、AlN和Al₂O₃等为原料，根据系统相图设计配方，然后严格按照配方配料，经过高温反应合成多孔SiAlON陶瓷。由于这种方法使用了严格的化学剂量配比、较纯的原料和较高的烧结温度，因此可以很容易地通过改变原料组成来控制各相的比例，从而获得符合性能要求的制品，制得材料的杂质含量低，因而能获得较好的高温性能。但较纯的原料成本也较高，因此限制了这种方法应用于大规模的多孔SiAlON陶瓷的生产和应用。

目前制备赛隆多孔材料的各种方法中，用高纯原料按化学计量比进行合成的方法虽然可以获得较佳的材料性能，但其对原料的要求比较高，推高了材料的成本；而使用低纯度原料的碳热还原方法所制成的成品中由于残碳的存在往往又强度较低，当气孔率达到50%以上时，其强度往往低于30MPa，过低的强度限制了以碳热还原方法获得的多孔赛隆材料的广泛应用。因此，目前还没有以低成本碳为原料制备的具有较高强度的多孔赛隆陶瓷。

发明内容

本发明的目的是提供一种多孔赛隆复相陶瓷，该陶瓷材料具有较高的强度。

本发明的另一目的是提供上述多孔赛隆复相陶瓷的制备方法，解决了现有高强度多孔赛隆陶瓷制备方法生产成本高的问题。

本发明所采用的技术方案是：一种多孔赛隆复相陶瓷，按质量百分比其组成为：兰炭20%～45%、粉煤灰10%～30%、氧化铝5%～25%、氮化铝2%～8%、硅5%～25%、粘结剂3%～12%以及无机溶胶5%～20%，以上组分的质量百分比之和为100%。

本发明的特点还在于，

粘结剂为酚醛树脂或者PVB，无机溶胶为氧化铝溶胶、氧化硅溶胶以及氧化钛溶胶中的任意一种，或者任意两种的混合，或者任意三种的混合。

本发明所采用的另一技术方案是：制备上述多孔赛隆复相陶瓷的方法，按照以下步骤实施：

a：首先，按以下质量百分比分别称取20%～45%的兰炭粉末、10%～30%的粉煤灰粉末、5%～25%的氧化铝粉末、2%～8%的氮化铝粉末、5%～25%的硅粉末、3%～12%的粘结剂和5%～20%的无机溶胶，然后用无水乙醇作为分散剂将兰炭粉末、粉煤灰粉末、氧化铝粉末、氮化铝粉末以及硅粉末经过湿法球磨工艺制备成混合粉末，再将该混合粉末干燥后，加入到用无水乙醇完全溶解的粘结剂中，搅拌均匀，形成颗粒原料；

b：将步骤a制得的颗粒原料装入模具型腔内，模压成型，并将压制好的生坯在80℃～120℃干燥固化；

c：将步骤b处理后的生坯置于气氛为氮气的烧结炉中进行碳热还原氮化，温度为1400℃～1600℃，保温120min～150min，压强为0.08MPa～0.12MPa；

d：用无机溶胶对步骤c处理后的生坯进行浸渍处理，烘干后得到预烧结体；

e：将步骤d处理后的预烧结体置于气氛为氮气的烧结炉中进行后处理烧结，温度为1500℃～1600℃，保温0.5h～1.5h，其中氮气压强为0.08～0.12MPa，，即完成多孔赛隆复相陶瓷的制备。